電力系統(tǒng)自動(dòng)化教學(xué)創(chuàng)新思考

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一、“電力系統(tǒng)自動(dòng)化”教學(xué)中存在的問(wèn)題

1.課程理論性與實(shí)踐性并存

不同于“電力系統(tǒng)分析”等純理論課程的學(xué)習(xí)，“電力系統(tǒng)自動(dòng)化”課程以自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用為學(xué)習(xí)內(nèi)容，是控制系統(tǒng)理論在電力系統(tǒng)中的具體運(yùn)用，因此是電氣工程學(xué)科一門(mén)少有的基礎(chǔ)理論與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合的課程。學(xué)生們比較習(xí)慣理論課程的學(xué)習(xí)方式，較難理解其中的實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)，對(duì)具體的電力系統(tǒng)設(shè)備很難有直觀印象，對(duì)實(shí)際物理模型主要靠憑空想象，因此課程教學(xué)中，學(xué)生感覺(jué)內(nèi)容空洞，理解困難，而教師在課堂教學(xué)中也無(wú)法以實(shí)物展示或者帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)地考察，對(duì)教學(xué)過(guò)程中涉及到的具體電力系統(tǒng)設(shè)備也難以解釋清楚。從課堂教學(xué)的實(shí)際效果看，在教學(xué)過(guò)程中，一些系統(tǒng)實(shí)物照片就能引起學(xué)生很強(qiáng)的好奇心和求知欲，他們很想從課程中獲得更多針對(duì)電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備的內(nèi)容，但受制于實(shí)際情況，很難獲得滿意效果。

2.課程涉及知識(shí)面廣，綜合知識(shí)的運(yùn)用能力要求高

該課程學(xué)習(xí)的前提是在對(duì)電氣工程學(xué)科各主要主干課程良好掌握，開(kāi)設(shè)在本科生第七學(xué)期，課程學(xué)習(xí)的特點(diǎn)是對(duì)本科階段所學(xué)各課程知識(shí)的綜合運(yùn)用，如電力系統(tǒng)頻率和有功功率控制環(huán)節(jié)，就涉及到自動(dòng)控制原理在電力系統(tǒng)控制中的應(yīng)用，還要涉及到PID調(diào)節(jié)器等“模擬和數(shù)字電子技術(shù)”的電路實(shí)現(xiàn)，“電機(jī)學(xué)”中同步發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程，“電力電子技術(shù)”中的整流、功率放大電路等。由于課程時(shí)間所限，教師不可能對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)再花大量時(shí)間進(jìn)行復(fù)習(xí)，對(duì)有些基礎(chǔ)不夠扎實(shí)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，這會(huì)導(dǎo)致知識(shí)點(diǎn)綜合能力偏弱，聽(tīng)課過(guò)程中理解困難。

3.課程教學(xué)內(nèi)容上與多門(mén)課程存在一定的重合度，影響學(xué)生聽(tīng)課興趣

課程內(nèi)容安排上與其它多門(mén)課程存在重合的現(xiàn)象，如同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)的章節(jié)內(nèi)容主要介紹各種勵(lì)磁系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案，與“電機(jī)學(xué)”上相關(guān)章節(jié)內(nèi)容重合度較大，而對(duì)可控硅勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的工作原理介紹中，對(duì)可控硅整流電路的原理闡述較多，該部分內(nèi)容在“電力電子學(xué)”課程中已詳細(xì)介紹過(guò)，而對(duì)潮流計(jì)算方面的內(nèi)容又與“電力系統(tǒng)分析”課程內(nèi)容相重合，這樣使學(xué)生認(rèn)為該部分內(nèi)容在以前的課程中已經(jīng)講過(guò)了，不認(rèn)真聽(tīng)講，影響教學(xué)效果。

二、電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)功能

2011年在南京航空航天大學(xué)投入運(yùn)行的WDJS-8000電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包含三個(gè)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)、一個(gè)變電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)、一個(gè)輸電線路實(shí)驗(yàn)臺(tái)、一個(gè)廠用電實(shí)驗(yàn)臺(tái)、一個(gè)廠用快切實(shí)驗(yàn)臺(tái)、一個(gè)綜合監(jiān)控實(shí)驗(yàn)臺(tái)，共八個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)適用于電氣工程專業(yè)“電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理”、“電力系統(tǒng)分析”、“電力系統(tǒng)故障分析”、“電力系統(tǒng)自動(dòng)化”、“變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)”、“配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)”、“電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化”、“電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)”、“電力工程”、“工廠供電”、“電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)”等電力系統(tǒng)方向課程的實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)及課題研究。能夠?qū)崿F(xiàn)的主要功能有：同步發(fā)電機(jī)及其自動(dòng)裝置系列實(shí)驗(yàn)、微機(jī)保護(hù)系列實(shí)驗(yàn)、電力系統(tǒng)分析系列實(shí)驗(yàn)、電力監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)等。其中，與“電力系統(tǒng)自動(dòng)化”課程相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有：同步發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同期并列實(shí)驗(yàn)、同步發(fā)電機(jī)微機(jī)勵(lì)磁實(shí)驗(yàn)、低頻減負(fù)荷保護(hù)實(shí)驗(yàn)等。

1.同步發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同期并列實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃寣W(xué)生熟悉同步發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同期并列過(guò)程，加深理解同步發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同期并列原理，同時(shí)掌握同期并列的條件以及微機(jī)準(zhǔn)同期裝置和組合式整步表的使用方法。實(shí)驗(yàn)裝置采用直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，用微機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)裝置調(diào)節(jié)勵(lì)磁，采用微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期的全自動(dòng)并網(wǎng)、半自動(dòng)并網(wǎng)和手動(dòng)準(zhǔn)同期方式并網(wǎng)三種方式。

2.同步發(fā)電機(jī)微機(jī)勵(lì)磁實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)有助于加深學(xué)生理解同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)原理和勵(lì)磁控制系統(tǒng)的基本任務(wù)，了解微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本控制方式，了解電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的作用并觀察強(qiáng)勵(lì)作用及其對(duì)穩(wěn)定的影響，同時(shí)掌握微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的基本使用方法。

3.低頻減負(fù)荷保護(hù)實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生了解低頻減載保護(hù)的原理，熟悉低頻減載保護(hù)的邏輯組態(tài)方法，了解自動(dòng)低頻減載裝置的工作過(guò)程和目的，加深對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的認(rèn)識(shí)和理解。

三、課程教學(xué)改革方向

1.課程理論與實(shí)踐一體化教學(xué)

以往受條件所限，課程教學(xué)中不能提供直觀的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。但現(xiàn)在教師依托本校新建的電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以將“電力系統(tǒng)自動(dòng)化”課程中理論部分內(nèi)容與實(shí)踐環(huán)節(jié)有效地結(jié)合起來(lái)，在課程教學(xué)過(guò)程中可以穿插實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)節(jié)，力求在理論學(xué)習(xí)之后趁熱打鐵，讓學(xué)生進(jìn)一步接觸到實(shí)物，從而加深對(duì)理論環(huán)節(jié)的理解，通過(guò)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)再認(rèn)識(shí)，擺脫以往只見(jiàn)理論，沒(méi)有實(shí)物環(huán)節(jié)的缺陷。實(shí)驗(yàn)中教師主要介紹課程相關(guān)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)要求，用該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來(lái)驗(yàn)證教學(xué)內(nèi)容即可，切勿貪多求全而無(wú)重點(diǎn)，這樣可使學(xué)生學(xué)得輕松有趣，進(jìn)一步加深他們對(duì)知識(shí)點(diǎn)地理解。理論環(huán)節(jié)和試驗(yàn)驗(yàn)證是相輔相成的，這樣能夠進(jìn)一步調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)理論學(xué)習(xí)的興趣。該綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)還可承擔(dān)本科生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的功能，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)功能完善，保護(hù)完整，具有綜合利用率高、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。并借此可以開(kāi)設(shè)專門(mén)的電力系統(tǒng)課程群綜合實(shí)驗(yàn)課程，從而更有效的利用該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為課程建設(shè)服務(wù)。

2.課程內(nèi)容突出重點(diǎn)

教師應(yīng)從課程重點(diǎn)內(nèi)容出發(fā)，做好對(duì)以往知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系與回顧，從建立物理概念出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考能力，引起學(xué)生對(duì)學(xué)過(guò)知識(shí)點(diǎn)的回憶，從而水到渠成的介紹以往知識(shí)點(diǎn)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。對(duì)于學(xué)生已經(jīng)遺忘的內(nèi)容，可以在課程中安排少量時(shí)間進(jìn)行集中復(fù)習(xí)，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生課后對(duì)相關(guān)課程內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)，在課堂中進(jìn)行提問(wèn)，從而節(jié)約時(shí)間。另外，對(duì)于有些較難較偏的內(nèi)容，不要求學(xué)生全面掌握，而從基本原理出發(fā)，重點(diǎn)掌握原理、概念和方法。

3.教學(xué)內(nèi)容整合

由于課程時(shí)間所限，而課程實(shí)踐環(huán)節(jié)也要占用時(shí)間，所以教師要對(duì)教學(xué)內(nèi)容中一些不重要的、過(guò)時(shí)陳舊、偏雜偏難的內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)刪減。針對(duì)教學(xué)內(nèi)容與多門(mén)課程存在一定的重合的狀況，可以開(kāi)展電力系統(tǒng)課程組教學(xué)研討，對(duì)部分重合內(nèi)容進(jìn)行整合和調(diào)整，如電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析的直流潮流法計(jì)算部分可以調(diào)整到“電力系統(tǒng)分析”課程中去，而重點(diǎn)保留直流潮流法的概念和等效原理，從而讓這兩門(mén)課程緊密聯(lián)系而又各有重點(diǎn)。除開(kāi)展教學(xué)研討之外，電力系統(tǒng)課程組的教學(xué)老師可以相互之間組織聽(tīng)課活動(dòng)，這樣對(duì)各門(mén)相關(guān)課程的教學(xué)內(nèi)容有所了解，才能知道哪些內(nèi)容可以簡(jiǎn)化，哪些內(nèi)容應(yīng)該重點(diǎn)突出。

四、小結(jié)

現(xiàn)代研究型大學(xué)不僅要求培養(yǎng)的學(xué)生具有扎實(shí)基礎(chǔ)理論，同時(shí)還要具有綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新思想。許繼WDJS-8000電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)自2011年在南京航空航天大學(xué)投入運(yùn)行以來(lái)，在電力系統(tǒng)課程群建設(shè)中發(fā)揮出了重要作用，通過(guò)增加實(shí)踐環(huán)節(jié)以及對(duì)教學(xué)內(nèi)容的有效整合，一方面有力地調(diào)動(dòng)了學(xué)生理論知識(shí)學(xué)習(xí)的積極性，另外也培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力，增強(qiáng)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，在“電力系統(tǒng)自動(dòng)化”課程教學(xué)中會(huì)產(chǎn)生了有益的效果和積極影響。

作者：湯雨單位：南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院